TỔNG HỢP CÁC BÀI TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN TỬ

TỔNG HỢP CÁC BÀI TẬP VỀ MẠCH ĐIỆN TỬ

Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -1- Tóm Tắt Bài Giảng. -1- BÀI GIẢNG TÓM TẮT MÔN: BÀI GIẢNG TÓM TẮT MÔN:BÀI GIẢNG TÓM TẮT MÔN: BÀI GIẢNG TÓM TẮT MÔN: ĐIỆN TỬ I Người soạn: TS. Phạm Hồng Liên. Giáo trình chính: Mạch Điện Tử 1 – Lê Tiến Thường, ĐHBK – Tp.HCM. Chương 1: Diode bán dẫn. Chương 1: Diode bán dẫn.Chương 1: Diode bán dẫn. Chương 1: Diode bán dẫn. I. I.I. I. Diode chỉnh lưu: Diode chỉnh lưu:Diode chỉnh lưu: Diode chỉnh lưu: 1 11 1- -- - Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode (H2 Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode (H2Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode (H2 Quan hệ giữa điện áp và dòng điện của Diode (H2- -- -1): 1):1): 1):       −       = 1 nKT qV expIi D 0D (1-1) i D : Dòng điện trong Diode (A). V D : Hiệu điện thế ở hai đầu Diode (V). I 0 : Dòng điện bão hòa ngược (A). q : Điện tích electron 1,6.10 -19 J/V. K : Hằng số Bolzman 1,38.10 -23 J/ 0 K. N : Hằng số có giá trò trong khoảng (1÷2) phụ thuộc vào loại bán dẫn. Gọi điện thế nhiệt: q KT V T = (1-2) Từ (1-1) ta có:         ≈       −         = T D 0 T D 0D nV V expI1 nV V expIi (1-3) Ở nhiệt độ T=300 0 K, tương ứng T=27 0 C, ta có V T ≈25÷26mV. Khi đó điện trở động của Diode được tính bởi phương trình: )( i nV Ii nV r D T CD T d Ω= + = (1-4) Đặc tuyến Volt-Ampere của Diode trên (H2-2) Kiểu mẫu mạch tương đương của Diode trên (H2-3a,b,c). 2 22 2- -- - Phương trình đường tải của Diode (H2 Phương trình đường tải của Diode (H2Phương trình đường tải của Diode (H2 Phương trình đường tải của Diode (H2- -- -5). 5).5). 5). Phương trình đường tải một chiều của Diode (DCLL) 1DDS RIVV += (1-5) Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -2- Tóm Tắt Bài Giảng. -2- Phương trình đường tải xoay chiều của Diode (ACLL) )R//R(ivv L1dds += (1-6) Từ (1-5) và (1-6) trên hệ tọa độ tổng quát ta có: DQdDDQdD Iii&Vvv +=+= (1-7) Với:  V D và i D là thành phần tức thời của điện áp và dòng điện.  V DQ và I DQ là các giá trò một chiều của điện áp và dòng điện.  v d và i d là các giá trò xoay chiều của điện áp và dòng điện. Vậy phương trình đường tải xoay chiều ACLL trong hệ tọa độ tổng quát sẽ là: sDQDL1DQD v)Ii)(R//R(Vv +−−=− (1-8) 3 33 3- -- - Chỉnh lưu điện áp xoay chiều: Chỉnh lưu điện áp xoay chiều:Chỉnh lưu điện áp xoay chiều: Chỉnh lưu điện áp xoay chiều: a- Chỉnh lưu bán sóng: (H2-6) Điện áp đầu vào: tsinvv maxs ω= Điện áp trung bình DC trên tải: π = +π = maxL LS L max DC V RR R V V (1-9) b- Chỉnh lưu toàn sóng: (H2-8a,b,c) Điện áp trung bình Dc trên tải: π = maxL DC V2 V (1-10) 4 44 4- -- - Mạch lọc: Mạch lọc:Mạch lọc: Mạch lọc: (H2 (H2 (H2 (H2- -- -9a,b) 9a,b)9a,b) 9a,b) Khi có tụ C mắc song song với R L trong các mạch chỉnh lưu ta có quan hệ giữa điện áp trung bình trên tải với biên độ điện áp đầu vào và điện trở R L và tụ điện C như sau: max L L DC maxDC V 1CfR4 CfR4 fC4 I VV         + =−= (1-11) 5 55 5- -- - Mạch nhân đôi điện áp: Mạch nhân đôi điện áp:Mạch nhân đôi điện áp: Mạch nhân đôi điện áp: (H2 (H2 (H2 (H2- -- -11a,b) 11a,b)11a,b) 11a,b) Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -3- Tóm Tắt Bài Giảng. -3- Điện áp ra gần gấp đôi điện áp vào. II. II.II. II. Diode ổn áp Zener: Diode ổn áp Zener:Diode ổn áp Zener: Diode ổn áp Zener: 1 11 1- -- - Các tham số cơ bản của diode Zener Các tham số cơ bản của diode ZenerCác tham số cơ bản của diode Zener Các tham số cơ bản của diode Zener: :: : (H3 (H3 (H3 (H3- -- -1) 1)1) 1) Điện áp ổn đònh V Z khi dòng điện qua zener thay đổi trong khoảng I zmin ÷ I zmax . Thực tế maxzminz I 10 1 I ≈ . (1-12) Điện trở động tại điểm làm việc. dI dV r Z d = (1-13) Diode Zener lý tưởng được coi có r d ≈ 0Ω. Điện trở tónh: Z Z t I V R = (1-14) Hệ số ổn đònh: d t Z Z Z Z ZZ ZZ r R I V dV dI V/dV I/dI S === (1-15) 2 22 2- -- - Mạch ổn áp dùng Diode Zener: Mạch ổn áp dùng Diode Zener:Mạch ổn áp dùng Diode Zener: Mạch ổn áp dùng Diode Zener: (H3 (H3 (H3 (H3- -- -2) 2)2) 2) Mạch trên hình 3-2 luôn thỏa mãn hệ phương trình:    += += ZiRS LZR VRIV III (1-16, 1-17) Trong đó chỉ có V Z ≈ const, còn các đại lượng khác có thể biến đổi nhưng phải thỏa mãn điều kiện:  I Zmin khi I Lmax và V Smin  I Zmax khi I Lmin và V Smax Từ (1-16) và (1-17) tùy từng trường hợp cụ thể mà ta có thể suy ra các hệ phương trình khác nhau. Ví dụ nếu R i = const thì ta có hệ phương trình: (V Smin – V Z )(I Lmin + I Zmax ) = (V Smax – V Z )(I Lmax ± I Zmin ) (1-18) Ví dụ nếu R i =const và R L = const nghóa là I L = const thì ta có hệ phương trình: Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -4- Tóm Tắt Bài Giảng. -4- V Smin = (I Zmin + I L )R i + V Z = I min R i + V Z (1-19) V Smax = (I Zmax + I L )R i + V Z = I max R i + V Z (1-20) Chú ý vì V L = V Z ≈ const nên khi I L thay đổi ta có: maxL Z minL I V R = (1-21) minL Z maxL I V R = (1-22) Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -5- Tóm Tắt Bài Giảng. -5- Chương II: Transistor hai lớp tiếp giáp (BJT) Chương II: Transistor hai lớp tiếp giáp (BJT)Chương II: Transistor hai lớp tiếp giáp (BJT) Chương II: Transistor hai lớp tiếp giáp (BJT) ở chế độ tín hiệu lớn. ở chế độ tín hiệu lớn. ở chế độ tín hiệu lớn. ở chế độ tín hiệu lớn. I. I.I. I. Các tham số cơ bản của Transistor. Các tham số cơ bản của Transistor.Các tham số cơ bản của Transistor. Các tham số cơ bản của Transistor. (H2 (H2 (H2 (H2- -- -1) 1)1) 1) + Hệ số truyền đạt dòng điện phát khi mắc Base chung Thông thường α = 0,95 ÷ 0,99, lý tưởng α = 1. + Hệ số truyền đạt dòng điện khi mắc Emitter chung: α− α =β 1 (vài chục ÷ vài trăm lần). + Dòng điện ra ở cực Collector: I C = αI E + I CBO (2-1) Trong đó I CBO là dòng điện phân cực ngược hay còn gọi là dòng nhiệt, thường rất nhỏ. + I E = I C + I B (2-2) suy ra I B = (1-α)I E – I CBO (2-3) ⇒ β ≈− β =−       α α− = C CBO C CBOCB I I I II 1 I (2-4) Ở tần số thấp (H2-1) ta có: h fe = β = h FE (2-5) II. II.II. II. Mạch phân cực cho Transistor: Mạch phân cực cho Transistor:Mạch phân cực cho Transistor: Mạch phân cực cho Transistor: 1 11 1- -- - Mạch phân cực Collector: Mạch phân cực Collector:Mạch phân cực Collector: Mạch phân cực Collector: Ta có phương trình tải một chiều: V CC = V CEQ + I CQ R C + I EQ R E ≈ V CEQ + I CQ (R C + R E ) (2-6) Số lượng điện tử tới được Collector Số lượng điện tử phát đi từ cực Emitter α = V CEQ + - R E I CQ +V CC R C Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -6- Tóm Tắt Bài Giảng. -6- ⇒ CQ CEQCC EC I VV RR − =+ (2-7) R E thường được tính theo công thức thực nghiệm: CQ CC EQ RE E I V)3,01,0( I V R ÷ ≈= (2-8) Thay vào (2-7) dễ dàng tính được R C . Nếu R E = 0 từ (2-7) ta có: CQ CEQCC C I VV R − = (2-7’) 2 22 2- -- - Mạch phân cực Base: Mạch phân cực Base:Mạch phân cực Base: Mạch phân cực Base: a- Mạch đònh dòng Base: Ta có: R b I BQ + V BE + I EQ R E = V CC (2-8) V BE là điện áp mở của Transistor, còn ký hiệu là V γ như H2-2 chương 1. V BESi ≈ 0,7v và V BEGe ≈ 0,2v. Ngày nay chủ yếu dùng Transistor Silic nên từ (2-8) ta có : CCEEQ EQ b VRI7,0 1 I R =++ +β Suy ra: 1 R R V 1 R R 7,0V I b E CC b E CC EQ +β + ≈ +β + − = vì V CC >>0,7v (2-9) Phương pháp này ít được dùng do dòng I BQ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Phương pháp này chỉ được dùng đối với mạch mắc Collector chung để nâng cao trở kháng vào. b- Mạch đònh áp Base: (H2-3) I BQ R b I CQ +V CC R C R E i i R b I BQ I EQ V CC R L R E V BB R 2 I BQ I 1 +V CC R C R E I 2 R 1 Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -7- Tóm Tắt Bài Giảng. -7- Ta có: CC 21 1 BB V RR R V + = (2-10) 21 21 b RR RR R + = (2-11) BBCC CC b CC BB b1 VV V R V V 1 1 RR − = − = (2-12) BB CC b2 V V RR = (2-13) Phương trình tải DC: V CC = V CEQ + I CQ (R C + R E ) (2-14) Áp dụng đònh luật KII ta có: ΣV kín = 0, suy ra: BBEEQBEBQb VRIVIR =++ (2-15) ⇒ β+ + − =≈ 1 R R 7,0V II b E BB EQCQ coi V BE = 0,7v (2-16) Thay vào (2-14) ta tính được V CEQ . Thông thường khi thiết kế ta thường chọn R E >> (1-α)R b để ổn đònh dòng I EQ . Vì vậy nếu chưa biết R b ta thường chọn: EEb R 10 1 R)1( 10 1 R β≈+β= (2-17) Phương pháp phân cực Base này hay được dùng nhất. c- Mạch đònh dòng Emitter: Áp dụng đònh luật KII ΣV kín = 0 ta có: EEEEQBEBQb VRIVIR =++ (2-18) Suy ra: 1 R R 7,0V I b E EE EQ +β + − = với V BE = 0,7v (2-19) R b I BQ +V CC R C R E -V EE I EQ Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -8- Tóm Tắt Bài Giảng. -8- Phương trình tải DC trong trường hợp này sẽ là: V CC + V EE = V CEQ + I CQ (R C + R E ) (2-20) Phương pháp phân cực Base này chỉ được dùng khi mạch yêu cầu chất lượng cao như mạch khuếch đại vi sai, mạch khuếch đại thuật toán (KĐTT) vì nó phải tốn thêm một nguồn cung cấp. III. III.III. III. Giải tích mạch Transist Giải tích mạch TransistGiải tích mạch Transist Giải tích mạch Transistor bằng đồ thò: or bằng đồ thò:or bằng đồ thò: or bằng đồ thò: 1 11 1- -- - Bộ khuếch đại mắc Emitter chung: Bộ khuếch đại mắc Emitter chung:Bộ khuếch đại mắc Emitter chung: Bộ khuếch đại mắc Emitter chung: Ta có thể chia thành 4 loại mạch cơ bản như sau: a- Không có C E , không có C C : (H2-3) Bộ khuếch đại có thể được thiết kế ở chế độ tối ưu (sóng ra tốt nhất) hoặc ở chế độ bất kỳ. Chế độ tối ưu: Chế độ tối ưu:Chế độ tối ưu: Chế độ tối ưu: Thiết kế sao cho sóng ra lớn nhất và không bò méo (I cmmax hoặc V Lmax ), thường chưa biết các điện trở phân cực R 1 , R 2 . Từ đồ thò (H3-2), ta thấy sóng ra sẽ lớn nhất khi: ACDC CC ƯCQT maxcm RR V II + == (2-21) AC TƯCQTƯCE maxcm RIVV == (2-22) Với sơ đồ (H3-1) ta có: R AC = R DC = R C + R E nên từ (2-21) và (2-22) ta suy ra: )RR(2 V I EC CC TƯCQ + = (2-23) 2 V V CC TƯCEQ = (2-24) Chế độbất kỳ: Chế độbất kỳ:Chế độbất kỳ: Chế độbất kỳ: Thường cho trước R 1 , R 2 hoặc V CEQ hoặc I CQ . Áp dụng các công thức (2-10, 11, 14, 16) sẽ xác đònh được (I CQ , V CEQ )  Nếu I CQ < I CQTƯ thì I cm = I CQ .  Nếu I CQ > I CQTƯ thì I cm = i CQmax – I CQ . Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -9- Tóm Tắt Bài Giảng. -9- b- Có C E , không có C C (Tụ Bypass Emitter) (H2-5) Chế độ t Chế độ tChế độ t Chế độ tối ưu: ối ưu:ối ưu: ối ưu: R DC = R C + R E và R AC = R C thay vào (2-21) ta được: EC CC ACDC CC TƯ CQmaxcm RR2 V RR V II + = + == (2-25) C E CC EC CCC AC TƯCQTƯCEQ maxcm R R 2 V RR2 RV RIVV + = + === (2-26) Chế độ bất kỳ: Chế độ bất kỳ:Chế độ bất kỳ: Chế độ bất kỳ: được tính toán theo các công thức (2-10, 11, 14, 16) và đặc tuyến tải AC được vẽ như sau: ( ) CEQCE AC CQC Vv R 1 Ii −−=− (2-27) Cho V CEQ = 0 ⇒ AC CEQ CQmaxC R V Ii += (2-28) Cho i C = 0 ⇒ v CEmax = V CEQ + I CQ R AC (2-29) Phương trình (2-28) và (2-29) để xác đònh i Cmax và v CEmax trong các trường hợp điểm tónh Q bất kỳ Q 2 V CE (V) i C (mA) i Cmax1 ACDC CC RR V +         − AC TƯ R 1 ACLL 0 I CQTƯ         − DC R 1 DCLL Q 1 Q TƯ i Cmax2 V CETƯ V CEmax1 V CC V CEmax2 2I CQTƯ 2V CETƯ Khoa Điện – Điện Tử. Kỹ thuật mạch Điện Tử I -10- Tóm Tắt Bài Giảng. -10- c- Không có C E , có C C: Chế độ tối ưu: Chế độ tối ưu:Chế độ tối ưu: Chế độ tối ưu: ECDC RRR += LC LC EAC RR RR RR + += Thay vào (2-21) ta được: LC LC EC CC TƯCQ maxCm RR RR R2R V II + ++ == (2-30) AC TƯCQTƯCE maxCE RIVV == (2-31) LC LC EC CC LC C maxCm LC C maxLm RR RR R2R V RR R I RR R I + ++ + = + = (2-32) LC LC EC CC LC LC LmaxLmmaxLm RR RR R2R V RR RR RIV + ++ + == (2-33) Chế độ bất kỳ như trên nhưng chú ý:  I CQ < I CQTƯ : I Cm = I CQ .  I CQ > I CQTƯ : I Cm = i Cmax – I CQ .  Cm LC C Lm I RR R I + = (2-34)  V Lm = I Lm R L . (2-35) d- Có C E , có C c : (tụ ghép vô hạn) (H2-6) ECDC RRR += LC LC AC RR RR R + = C C →∞ R L i i i L V BB R b +V CC R C R E . được xây dựng trong phần mạch phân cực cho Transistor. Đặc tuyến tải một chiều DCLL và đặc tuyến tải xoay chiều ACLL được vẽ tương tự như trong mạch khuếch. Chế độ bất kỳ: được tính toán theo các công thức (2-10, 11, 14, 16) và đặc tuyến tải AC được vẽ như sau: ( ) CEQCE AC CQC Vv R 1 Ii −−=− (2-27) Cho V CEQ